(57)【要約】【課題】  各インダクタにチャージされるエネルギー量の変動を解消することができ、これにより液体の吐出量を常に適正な状態に維持することができる信頼性にすぐれた圧電素子駆動装置および塗布装置を提供する。【解決手段】  複数のピエゾ素子６の充放電に伴う伸縮動作により液体を吸込んで吐出する圧電素子駆動装置において、各ピエゾ素子６への充電用のエネルギーをチャージする複数のインダクタ１１を備え、これらインダクタ１１が互いに磁気結合しない構成とした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電素子を有し、これら圧電素子の充放電に伴う伸縮動作により前記圧電素子に対応して配置された個々のノズルから液体を吐出させる圧電素子駆動装置において、
前記各圧電素子への充電用のエネルギーをチャージする複数のインダクタを備え、これらインダクタ相互の磁気結合を防止する構成を備えたことを特徴とする圧電素子駆動装置。
【請求項２】
前記各インダクタ相互の磁気結合を防止する構成は、前記各インダクタを千鳥状に平面配置する構成であることを特徴とする請求項１記載の圧電素子駆動装置。
【請求項３】
千鳥状に平面配置された前記インダクタを多層で配置し、この層方向においても、前記インダクタを千鳥状に配置することを特徴とする請求項２記載の圧電素子駆動装置。
【請求項４】
前記各インダクタは、開放型のコイルであり、
前記各インダクタ相互の磁気結合を防止する構成は、前記各コイルをそれぞれの軸心方向が互いに隣り合うもの同士で直交する状態に平面配置する構成である、
ことを特徴とする請求項１記載の圧電素子駆動装置。
【請求項５】
前記平面配置された前記インダクタを多層で配置し、この層方向において、前記コイルをそれぞれの軸心方向が互いに隣り合うもの同士で直交するよう前記インダクタを配置することを特徴とする請求項４記載の圧電素子駆動装置。
【請求項６】
前記各インダクタ相互の磁気結合を防止する構成は、前記各インダクタの相互間に透磁率の高い部材を設ける構成であることを特徴とする請求項１記載の圧電素子駆動装置。
【請求項７】
前記各インダクタ相互の磁気結合を防止する構成は、前記各インダクタを透磁率の高い部材で被う構成であることを特徴とする請求項１記載の圧電素子駆動装置。
【請求項８】
液滴吐出ヘッドが備える複数のノズルから圧電素子の伸縮動作によって液体を液滴状にして吐出させ、基盤に塗布する塗布装置において、
前記圧電素子を伸縮動作させる圧電素子駆動装置は、請求項１〜７いずれかに記載の圧電素子駆動装置であることを特徴とする塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上に液体を噴射塗布して機能性薄膜を形成する塗布装置およびそれに用いられる圧電素子駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶表示装置の製造工程では、ガラス基板の表面に配向膜やレジスト等の機能性薄膜が形成される。この機能性薄膜の形成には、その機能性薄膜の材料となる液体を基板上に噴射塗布するインクジェット方式の塗布装置が用いられる。
【０００３】
この塗布装置は、基板を搬送するための搬送テーブルを有し、搬送テーブルの上方に複数のヘッドを備えている。これらヘッドの下面には、内部の液室に連通する多数のノズルが穿設されており、これらノズルごとに設けられた圧電素子（圧電振動子ともいう）が駆動されることにより、各ノズルから基板上に液室内の液体が吐出される（例えば特許文献１）。
【０００４】
このような塗布装置に用いられる各圧電素子は充放電に伴って伸縮動作し、その伸縮動作により液体の吸込みおよび吐出が行われる。これら圧電素子に対する充電用のエネルギーをチャージするための手段として、複数のインダクタたとえば開放型のコイルが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９５７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
各インダクタとして用いられる開放型のコイルは、巻線をコアに装着し、その巻線とコアをプラスチック等でモールドしたもので、回路基板上に並べて配置される。インクの吐出密度を高めるために各ノズルの相互間隔を狭くすると、回路基板上の各コイルの配置間隔が狭くなる。
【０００７】
ただし、回路基板上の各コイルの配置間隔が狭くなると、各コイルの漏れ磁束が互いに作用し合う磁気結合が無視できない状態となる。この磁気結合は各コイルにチャージされるエネルギー量の変動を招き、それに伴い、圧電素子への充電量が変動する。この充電量の変動は、各ノズルからの液体吐出量の変動となって現われる。
【０００８】
この発明の目的は、上記の事情を考慮したもので、各インダクタにチャージされるエネルギー量の変動を解消することができ、これにより液体の吐出量を常に適正な状態に維持することができる信頼性にすぐれた圧電素子駆動装置および塗布装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明の圧電素子駆動装置は、複数の圧電素子を有し、これら圧電素子の充放電に伴う伸縮動作により前記圧電素子に対応して配置された個々のノズルから液体を吐出させるものであって、前記各圧電素子への充電用のエネルギーをチャージする複数のインダクタを備え、これらインダクタ相互の磁気結合を防止する構成を備える。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の圧電素子駆動装置は、各インダクタにチャージされるエネルギー量の変動を解消することができる。これにより、液体の吐出量を常に適正な状態に維持することができ、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の各実施形態における塗布装置の構成を示す正面図。
【図２】図１の要部の構成を示すブロック図。
【図３】各実施形態の作用を説明するための図。
【図４】各実施形態の各インダクタの具体的な構成を示す図。
【図５】第１の実施形態における基板上の各インダクタの配置を示す図。
【図６】第２の実施形態における各インダクタの配置を示す図。
【図７】第２の実施形態における各インダクタの回路基板上の配置を示す図。
【図８】第３の実施形態における基板上の各インダクタの配置およびその各インダクタの相互間に設けられたシートの構成を示す図。
【図９】図８のＡ−Ａ線に沿う断面を矢印方向に見た図。
【図１０】第４の実施形態における各インダクタ上に設けられたシートの構成を示す図。
【図１１】第４の実施形態におけるシートの変形例の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。  
図１は、本発明に係る塗布装置の構成を示す正面図である。塗布装置１００は、略直方体形状のベース１０１を有する。ベース１０１上には、Ｙ軸方向に沿って配置された一対のガイド部材１０２が配置され、このガイド部材１０２上で、例えば、液晶表示パネルの製造に用いられるガラス基板などの基板Ｗを載置する搬送テーブル１０３がＹ軸方向に移動可能に支持される。この搬送テーブル１０３は、不図示のＹ軸駆動装置によって、Ｙ軸方向に往復移動される。
【００１３】
また、ベース１０１上には、搬送テーブル１０３の移動経路を跨いで、門型の支持体１０４が配置される。支持体１０４には、複数の液滴吐出ヘッド１０５がＹ軸方向に直交するＸ軸方向に沿って千鳥状に二列で、不図示の取り付け部材に支持されて配置される。複数の液滴吐出ヘッド１０５は、例えば、搬送テーブル１０３上に載置される基板ＷのＸ軸方向長さ範囲をカバー可能となるように配置される。
【００１４】
液滴吐出ヘッド１０５は、それぞれ複数のノズルをＸ軸方向に沿う直線状に所定間隔で配置して備えており、ノズル毎に圧電素子を備える。この圧電素子の駆動によって各ノズルから個別に塗布液を吐出可能とされる。
【００１５】
複数のノズルにそれぞれ圧電素子を有する塗布装置の要部を図２に示す。直流電圧１２Ｖを出力する直流電源１に複数の圧電素子駆動装置２が接続され、これら圧電素子駆動装置２が制御ユニット２０に接続される。
【００１６】
各圧電素子駆動装置２は、昇圧回路３、放電回路４、充電電圧検出回路５、および圧電素子たとえばピエゾ素子６などを備える。昇圧回路３は、電流が流れることによりエネルギーをチャージするインダクタ１１、このインダクタ１１に対する通電用のスイッチング素子たとえばＭＯＳＦＥＴ１２、および整流ダイオード１３からなり、ＭＯＳＦＥＴ１２のオン，オフによりインダクタ１１にエネルギーをチャージし、チャージしたエネルギーを順方向のダイオード１３を通して出力する。この出力により、ピエゾ素子６が充電される。なお、ＭＯＳＦＥＴ１２は寄生ダイオード１２ａを有する。
【００１７】
放電回路４は、放電路形成用のスイッチング素子たとえばＭＯＳＦＥＴ１４を有し、液体の吸込み時はＭＯＳＦＥＴ１４のオフ状態が維持されることにより昇圧回路３からピエゾ素子６への充電用の通電路を保つが、液体の吐出時にＭＯＳＦＥＴ１４がオンされることにより同ＭＯＳＦＥＴ１４を通してピエゾ素子６の充電電圧を急速放電させる。なお、ＭＯＳＦＥＴ１４は寄生ダイオード１４ａを有する。
【００１８】
充電電圧検出回路５は、ピエゾ素子６に並列接続された可変抵抗１５、およびその可変抵抗１５に生じる電圧をデジタル信号に変換するＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器１６を有し、ピエゾ素子６の充電電圧を検出してその検出結果を上記制御ユニット２０の主制御部２２に供給する。
【００１９】
制御ユニット２０は、主制御部２２および複数のタイマ回路２３を有し、制御用直流電源２１の直流電圧５Ｖにより動作する。主制御部２２は、各圧電素子駆動装置２の駆動タイミングを制御するもので、各タイマ回路２３に駆動信号を供給する。各タイマ回路２３は、駆動信号を受けてから昇圧動作開始（エネルギーのチャージを含む）までの時間Ｔ１を計時するタイマ２３ａ、昇圧動作開始から充電終了までの時間Ｔ２を計時するタイマ２３ｂ、充電電圧の保持時間Ｔ３を計時するタイマ２３ｃ、放電路形成時間Ｔ４を計時するタイマ２３ｄを有する。タイマ２３ｃによる充電電圧の保持時間Ｔ３は、液体の吸込みが終了してから少し待って吐出する方が吐出の効率が良い点を考慮して定められている。このタイマ２３ｂの出力信号が昇圧回路３のＭＯＳＦＥＴ１２のゲートに供給され、タイマ２３ｄの出力信号が放電回路４のＭＯＳＦＥＴ１４のゲートに供給される。
【００２０】
この圧電素子駆動装置の作用について図３を参照しながら説明する。  
駆動信号を受けてからタイマ２３ａによる時間Ｔ１の計時が終了すると、昇圧回路３のＭＯＳＦＥＴ１２のオン，オフが繰り返され、そのオン時に実線矢印のようにインダクタ１１に電流が流れてインダクタ１１にエネルギーがチャージされる。そして、ＭＯＳＦＥＴ１２のオフ時に、インダクタ１１にチャージされるエネルギーによってインダクタ１１と整流ダイオード１３のアノードの接続点の電圧が急上昇し（昇圧）、その電圧が整流ダイオード１３を介してピエゾ素子６に印加され、ピエゾ素子６が充電されていく。この充電に伴うピエゾ素子６の動作により、液体が吸込まれる。
【００２１】
タイマ２３ｂによる時間Ｔ２の計時が終了すると、ＭＯＳＦＥＴ１２のオン，オフが停止される。そして、タイマ２３ｃによる保持時間Ｔ３の計時が終了すると、その時点からタイマ２３ｄの計時による放電路形成時間Ｔ４だけ、放電回路４のＭＯＳＦＥＴ１４がオンされる。このオンにより、ピエゾ素子６の充電電圧がＭＯＳＦＥＴ１４を通ってアース側に急速放電される。この急速放電に伴うピエゾ素子６の動作により、液体が吐出される。
【００２２】
ここで、塗布装置の液滴吐出ヘッド１０５は、その下面に複数のノズルが穿設されており、これらノズル毎に対応して設けられたピエゾ素子６の動作により、ノズルに連通する液室内に容積変化を生じさせることで、各ノズルから個別に液滴を吐出する。そして、塗布装置は、搬送テーブル１０３によって搬送される基板Ｗが、液滴吐出ヘッド１０５の下を通過するタイミングに合せて、各ピエゾ素子６を駆動させ、各ノズルから基板Ｗ上に液室内の液体（塗布液）を吐出する。
【００２３】
ピエゾ素子６に対する充電電圧が充電電圧検出回路５で検出されており、その検出電圧が所定の例えば８０Ｖに達するよう、ＭＯＳＦＥＴ１２のオン，オフスイッチングの期間（昇圧動作・充電の期間）であるタイマ２３ｂの計時時間Ｔ２が調節される。この調節により、液体の一度の吐出量が最適な状態に設定される。
【００２４】
このように、直流電源１の電圧を昇圧回路３で昇圧してピエゾ素子６に印加し、そのピエゾ素子６の充電電圧を放電回路４によって放電することにより、ピエゾ素子６を液体の吸込みおよび吐出に必要なレベルに充電することができる。
【００２５】
また、タイマ２３ｂによる計時時間Ｔ２、すなわち昇圧動作（エネルギーのチャージを含む）の開始から充電が終了するまでの時間の増減によって、ピエゾ素子６の充電電圧を加減することができるので、主制御部２２によってタイマ２３ｂの計時時間Ｔ２をピエゾ素子６毎に設定することで、ノズル毎の液体の吐出量を容易かつ迅速に変更することができる。例えば、ガラス基板の表面に配向膜やレジスト、或いはカラーフィルタ等の機能性薄膜を形成する場合等において、基板Ｗ上における液体の塗布位置に応じて塗布する液滴の量、すなわち液体の吐出量を変えることができるので、基板Ｗ上の塗布領域における周辺部分で膜厚が厚くなる傾向がある場合には周辺部分で吐出量を減少させるなど、液体の塗布条件の多様化に対応することができ、形成される機能性薄膜の品質を向上させることができる。
【００２６】
さらに、充電電圧検出回路５でピエゾ素子６に対する充電電圧が検出され、その検出電圧に応じてＭＯＳＦＥＴ１２のオン，オフスイッチングの期間、すなわちタイマ２３ｂの計時時間Ｔ２が調整されるので、所望する充電電圧をピエゾ素子６に確実に印加することができる。これにより、必要量の液体をノズルから確実に吐出させることができる。
【００２７】
一方、各圧電素子駆動装置２の昇圧回路３に設けるインダクタ１１として、図４に示す開放型のコイルが用いられる。このコイルは、巻線１１ａをコア１１ｂに装着し、その巻線１１ａとコア１１ｂを例えばプラスチック１１ｃでモールドしたもので、一辺が数ｍｍ程度の立方体形状を有する。軸心を一点鎖線で示しており、その軸心を中心に磁束が拡がる。
【００２８】
この開放型のコイルを用いたインダクタ１１が、各圧電素子駆動装置２の個数分だけ、図５に示すように、複数枚の回路基板４１，４２上に且つ互いに磁気結合しない状態に設けられている。
【００２９】
すなわち、回路基板４１の上面に複数のインダクタ１１が縦横かつ千鳥状に平面配置されるとともに、回路基板４２の上面に複数のインダクタ１１が縦横かつ千鳥状に配置される。具体的には、各インダクタ１１の軸心方向に沿う縦方向の配置を千鳥状として、軸心方向と直交する方向の横方向の配置については単に直線状としている。
【００３０】
このように、回路基板４１において、各インダクタ１１の軸心方向に沿う縦方向の配置を千鳥状とすることにより、たとえ各インダクタ１１の配置間隔が狭くても、各インダクタ１１の漏れ磁束（二点鎖線）が互いに作用し合う磁気結合を回避することができる。回路基板４２においても、各インダクタ１１の軸心方向に沿う縦方向の配置が千鳥状であることにより、各インダクタ１１の配置間隔が狭くても、各インダクタ１１の磁気結合を回避することができる。
【００３１】
なお、図５は回路基板４１，４２の重なり具合を斜め方向から見たもので、回路基板４１，４２の角部の位置が上下に重なるように、その回路基板４１，４２を互いに所定以上の間隔で平行に２層で配設している。所定以上の間隔を確保することにより、回路基板４１，４２の相互間においても、各インダクタ１１の磁気結合をできるだけ回避している。
【００３２】
また、回路基板４１上の各インダクタ１１の配置位置と回路基板４２上の各インダクタ１１の配置位置とが互いに対向しないよう（重ならないよう）、各インダクタ１１の配置位置を上下でずらしている。すなわち、各インダクタ１１は、平面方向のみならず、層方向においても千鳥状に配置される。この構成によっても、回路基板４１，４２の相互間における各インダクタ１１の磁気結合をできるだけ回避している。
【００３３】
このように、各インダクタ１１の磁気結合を回避することで、各インダクタ１１にチャージされるエネルギー量の変動を解消することができ、よって各ピエゾ素子６への充電量の変動を解消することができる。ひいては、各ノズルからの液体の吐出量を常に適正な状態に維持することができ、塗布装置としての信頼性が大幅に向上する。
【００３４】
なお、回路基板４１，４２上に存するインダクタ１１の個数を３２個としたが、その個数について限定はなく、ノズルの数が６４個の場合は６４個のインダクタ１１を回路基板４１，４２上に設けることになる。
【００３５】
また、２つの回路基板４１，４２を設けたが、１つの回路基板の両面に各インダクタ１１を設ける構成としてもよい。この場合、回路基板の両面において、各インダクタ１１の軸心方向に沿う縦方向の配置を千鳥状とするとともに、各インダクタ１１の配置位置を回路基板の両面の相互間で対向させない構成とすることで、各インダクタ１１の磁気結合を確実に防ぐことができる。
【００３６】
［２］第２の実施形態について説明する。  
図６および図７に示すように、１つの回路基板５０の上面に、開放型のコイルを用いたインダクタ１１を、縦横に、かつそれぞれの軸心方向が互いに隣り合うもの同士で直交する状態に、平面配置する。この配置により、たとえ各インダクタ１１の配置間隔が狭くても、各インダクタ１１の漏れ磁束（二点鎖線）が互いに作用し合う磁気結合を回避することができる。  
各インダクタ１１の配置については、縦横に配置するだけで、第１の実施形態のような千鳥状の配置は不要である。
【００３７】
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００３８】
この第２の実施形態においても、回路基板５０上に設けるインダクタ１１の個数について限定はなく、ノズルの数に対応する数のインダクタ１１を設ければよい。また、回路基板５０の上面だけでなく、回路基板５０の両面に各インダクタ１１を設け、平面的に配置したインダクタ１１を多層の配置としてもよい。この場合、各インダクタ１１のうち、回路基板５０の両面において相対向するインダクタ１１の軸心方向を、互いに直交させる構成とすればよい。さらに、１つの回路基板５０を用いる場合を例に説明したが、複数の回路基板を用いてもよい。
【００３９】
［３］第３の実施形態の要部を図８および図９により説明する。図８のＡ−Ａ線に沿う断面を矢印方向に見たのが図９である。  
回路基板５０上に各インダクタ１１が縦横に平面的に配置され、その各インダクタ１１の相互間に透磁率の高いシート部材５１が設けられる。シート部材５１は、各インダクタ１１と対応する位置にそれぞれ開口５１ａを有し、これら開口５１ａに各インダクタ１１を嵌合させて装着される。
【００４０】
各インダクタ１１の配置については、縦横に配置するだけで、第１の実施形態のような千鳥状の配置は不要である。
【００４１】
シート部材５１は、透磁率が高いことにより、各インダクタ１１に対する小さな閉磁路を個々に形成する。この小さな閉磁路の個々の形成により、たとえ各インダクタ１１の配置間隔が狭くても、各インダクタ１１の磁気結合を回避することができる。  
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００４２】
なお、回路基板５０上に設けるインダクタ１１の個数について限定はなく、ノズルの数に対応する数のインダクタ１１を設ければよい。回路基板５０の上面だけでなく、回路基板５０の両面に各インダクタ１１を設けてもよい。この場合、回路基板５０の両面にそれぞれシート部材５１を設ければよい。１つの回路基板５０を用いる場合を例に説明したが、複数の回路基板を用いてもよい。
【００４３】
［４］第４の実施形態の要部を図１０により説明する。  
回路基板５０上の平面的に配置した各インダクタ１１の全体を、透磁率の高い１枚のシート部材５２で被っている。このシート部材５２は、各インダクタ１１に対する小さな閉磁路を個々に形成する。この小さな閉磁路の個々の形成により、たとえ各インダクタ１１の配置間隔が狭くても、各インダクタ１１の磁気結合を回避することができる。  
他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
【００４４】
なお、各インダクタ１１の全体を１枚のシート部材５２で被う構成としたが、シート部材５２を各インダクタ１１の個々に対応する大きさに切断し、これらシート部材を各インダクタ１１にそれぞれ被せる構成としても、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、図１１に示すように、透磁率が高くてしかも柔軟性のあるシート部材５３を各インダクタ１１にそれぞれ被せる構成としてもよい。
【００４６】
［５］なお、この発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。各実施形態の構成要素を適宜に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…直流電源、２…圧電素子駆動装置、３…昇圧回路、４…放電回路、５…充電電圧検出回路、６…ピエゾ素子（圧電素子）、１１…インダクタ、１１ａ…巻線、１１ｂ…コア、１２…ＭＯＳＦＥＴ、１３…ダイオード、１４…ＭＯＳＦＥＴ、２０…制御ユニット、２１…制御用直流電源、２２…主制御部、２３…タイマ回路、２３ａ,２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…タイマ、４１，４２…回路基板、５０…回路基板、５１，５２，５３…高透磁率のシート部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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